JP2004071978A - 露光装置の管理方法、マスクの管理方法、露光方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
露光装置の管理方法、マスクの管理方法、露光方法、および半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】複数台の露光装置を用いて露光作業を行う場合に、露光作業を高い精度で効率よく行うことができる露光装置の管理方法を提供する。
【解決手段】複数台の露光装置１について、各露光装置１を用いて転写される各露光パターンの各露光装置１間における寸法差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、露光領域１６全体のうちの所定の露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。選び出された露光装置１を、各露光領域ごとにそれぞれ一群として群分けし、各群ごとに管理する。
【選択図】 図４
【解決手段】複数台の露光装置１について、各露光装置１を用いて転写される各露光パターンの各露光装置１間における寸法差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、露光領域１６全体のうちの所定の露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。選び出された露光装置１を、各露光領域ごとにそれぞれ一群として群分けし、各群ごとに管理する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一連の半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程に係り、特にマスクパターンを転写する露光工程に用いられる露光装置の管理方法、マスクの管理方法、露光方法、および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、リソグラフィ工程においては、複数台の露光装置を用いて露光作業が行われる。露光装置には、理想的には複数台の装置間においても同一の露光特性を持たせるべきであるが、現実には装置間差が生じる。このため、同一仕様の露光装置を用いて露光作業を行った場合であっても、パターンの出来上がりに違いが生じる。
【０００３】
その代表的な例が、投影露光時に発生するディストーションである。ディストーションが発生すると、露光領域内の基準格子座標と実露光座標との間にずれが生じる。そのずれの量は、一般に２０〜３０ｎｍ程度であるが、ディストーションの量やその方向は露光装置間で個々に異なる。このため、例えば重ね合わせ露光を行う場合、露光領域中心において合わせずれ量を０にできたとしても、露光領域内全体では重ね合わせ誤差が生じてしまう場合が殆どである。
【０００４】
このような複数台の露光装置を用いて露光作業を行う場合に発生するディストーション問題を解決するために、例えば次に述べる方法が試みられている。複数台の露光装置のそれぞれのディストーション量を各装置間で比較して、それらのディストーション差が所定の許容範囲内に収まる露光装置を一群とする露光装置群を構成するように、各露光装置を予め群分けする。そして、パターニング工程においては、所望の許容値を満足する露光装置郡内の露光装置を使用して露光作業を行う。このような露光方法の代表例として、特許第３１０４６３６号公報にその詳細が述べられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数台の露光装置を用いる場合、各装置間のディストーション差による合わせずれに関する問題は、露光装置の性能向上や制御方法の向上などで次第に改善されつつある。ところが、複数台の露光装置間においてレジストパターンの寸法誤差が生じる原因は、各装置間のディストーション差による合わせずれだけではなく、他にも各種存在することが近年明らかになってきた。
【０００６】
例えば、レジストパターンの微細化に伴い、露光装置の光学系の解像理論限界値と実際に形成されるパターン寸法値との間に差が殆どなくなり、光学系の僅かな誤差がパターンの寸法精度に大きな影響を及ぼすようになってきた。また、微細な寸法からなるレジストパターンを形成するために、要求されるパターン自体の精度も高い精度が必要になってきた。具体的には、例えば線幅が１１０〜１３０ｎｍ程度のレジストパターンを形成する場合、露光領域内における誤差が１０ｎｍ程度以下となる寸法精度が必要であるが、この精度を満たすのは大変難しい。これは、レチクル（マスク）に形成されているマスクパターンの線幅に製造上の誤差が含まれていることが主な原因である。ただし、たとえ誤差を含んでいない理想的なマスクパターンが形成されたマスクをそのまま露光装置に装填して露光しても、露光装置自体が有する転写誤差のために、前述した寸法精度を確保することは殆ど不可能である。
【０００７】
つまり、レジストパターンの寸法の変動は、露光装置が理想的な状態からの誤差を含んでいることから生じる。露光領域内において、照明σ、ＮＡ、照度、非点収差、あるいは球面収差などの寸法誤差要因が変化すると、形成されるレジストパターンの寸法も変化する。これら各寸法誤差要因は、レジストパターンの寸法変動に対して互いに独立に影響することもあれば、相互作用を及ぼしつつ影響することもある。また、半導体製造装置の露光装置は、その光学系の解像限界までパターン転写が可能なように予め設計および調整が為されているので、前記各寸法誤差要因の変化量はごく僅かである。したがって、寸法誤差要因自体をさらに小さくしたり、あるいはウェーハ（レジスト膜）の表面内でのレジストパターンの寸法変動を一定に保持したりするのは大変困難である。
【０００８】
また、レジストパターンの寸法誤差が許容範囲を越えると、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを適正な状態で形成することが困難になる。ひいては、半導体装置全体の品質や歩留まりが低下するおそれがある。
【０００９】
本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができる露光装置の管理方法を提供することにある。また、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各マスクに形成される各マスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができるマスクの管理方法を提供することにある。また、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度や、各マスクに形成されるマスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、各マスクパターンを高い精度で効率よく転写することができる露光方法を提供することにある。さらに、この露光方法により転写されるマスクパターンに基づいて、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成して、高品質な半導体装置を効率よく製造できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る露光装置の管理方法は、複数台の露光装置について、これら各露光装置を用いて転写されるそれぞれの露光パターンの前記各露光装置間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置を群分けして管理することを特徴とするものである。
【００１１】
この露光装置の管理方法においては、複数台の露光装置を用いて転写されるそれぞれの露光パターンの各露光装置間における寸法差が、露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに複数台の露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、群分けして管理する。これにより、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされて管理されている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。
【００１２】
また、前記課題を解決するために、本発明に係るマスクの管理方法は、少なくとも１台の露光装置とともに用いられる複数枚のマスクについて、これら各マスクに形成されている各マスクパターンに基づいて転写されるそれぞれの露光パターンの前記各マスク間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まるマスクを、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクの中から１枚ないしは複数枚選択し、これらの選択されたマスクを一群として前記各マスクを群分けして管理することを特徴とするものである。
【００１３】
このマスクの管理方法においては、転写される露光パターンの各マスク間における寸法差が露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まるマスクを、所定の露光領域ごとに複数枚のマスクの中から１枚ないしは複数枚選択し、群分けして管理する。これにより、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各マスク間における寸法差が許容範囲内に収まるマスクを、所定の露光領域ごとに予め群分けされて管理されているマスク群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。
【００１４】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る露光方法は、複数台の露光装置を用いて、複数枚のマスクに形成されている複数のマスクパターンを基板に転写する露光方法において、前記各露光装置について、前記各マスクパターンに基づいて前記基板に転写されるそれぞれの露光パターンの前記各露光装置間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される前記基板上の露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択して群分けするとともに、前記所定の露光領域に対応する前記各露光装置の群に属する１台ないしは複数台の露光装置を用いて、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクパターンを前記基板に転写することを特徴とするものである。
【００１５】
この露光方法においては、複数台の露光装置を用いて複数枚のマスクに形成されている複数のマスクパターンを基板に転写する。この際、各マスクパターンに基づいて基板に転写されるそれぞれの露光パターンの各露光装置間における寸法差が、露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに複数台の露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択して群分けする。そして、所定の露光領域に対応する露光装置群に属する１台ないしは複数台の露光装置を用いて、所定の露光領域ごとに各マスクパターンを基板に転写する。これにより、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、各マスクパターンを適正な精度で転写することができる。
【００１６】
さらに、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光方法により転写されるマスクパターンに基づいてエッチング処理を行うエッチング工程を含むことを特徴とするものである。
【００１７】
この半導体装置の製造方法においては、本発明に係る露光方法により転写されるマスクパターンに基づいてエッチング処理を行う。これにより、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成して、半導体装置の品質および歩留まりを向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に使用する露光装置１の概略構成を示す。本実施形態では、露光光として波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線３を用いる。したがって、露光光源には、ＡｒＦエキシマレーザ光線発生装置２を用いる。ＡｒＦエキシマレーザ光線３は、フライアイレンズ４を透過して２次光源を形成する。フライアイレンズ４を透過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、２次光源面に配置されている照明アパーチャ５に入射する。照明アパーチャ５は、照明形状および照明コヒーレンシーσを決定する。照明アパーチャ５を通過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、レチクルブラインド６に入射する。レチクルブラインド６は後述するレチクル１０と光学的に共役な位置に配置されており、レチクル１０の照明領域を決定する。レチクルブラインド６を通過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、反射ミラー７によって反射されて、コンデンサーレンズ８に入射するようにその進行方向を変えられる。コンデンサーレンズ８は、レチクル１０の照明がケーラー照明になるように調整されている。
【００２０】
コンデンサーレンズ８に入射したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、コンデンサーレンズ８によってレチクルステージ９上に載置されているレチクル１０に向けて照射される。レチクル１０には、所定の形状からなるマスクパターン１１が形成されている。このレチクル１０は、マスクとも称する。コンデンサーレンズ８を透過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、レチクル１０のマスクパターン１１が形成されている領域に向けて照射される。レチクル１０のマスクパターン１１が形成されている領域内のスリット領域に入射したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、その領域を通過した後、投影レンズ１２に入射する。投影レンズ１２に入射したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、投影レンズ１２によってウェーハステージ１３上に載置されているウェーハ１４に向けて照射される。半導体基板（ウェーハ）１４の表面（上面）には、レジスト膜１５（フォトレジスト膜）が設けられている。レジスト膜１５にＡｒＦエキシマレーザ光線３が到達することによりレジスト膜１５が露光されて、マスクパターン１１に基づく図示しない露光パターンがレジスト膜１５に縮小転写される。露光パターンが転写されたレジスト膜１５を現像することにより、レジスト膜１５に露光パターンに基づく所定の形状からなる図示しないレジストパターンが形成される。
【００２１】
本実施形態では、露光装置として、いわゆるスキャンタイプの露光装置１を用いている。このため、レチクルステージ９およびウェーハステージ１３は、レチクル１０とウェーハ１４とが互いに同期しつつ移動できるようにスキャンを行う。このスキャン動作は、レジスト膜１５の露光中に行われる。
【００２２】
図２に、露光装置１を用いて露光されるレジスト膜１５上の露光領域１６と、レチクル１０のウェーハ１４に投影されたスリット領域１７との相対的な関係を簡略化して示す。図２中白抜き矢印は、レチクルステージ９およびウェーハステージ１３の移動によるスリット領域１７のスキャンの向きを示すものである。本実施形態においては、レチクルステージ９とウェーハステージ１３とは、互いに反対方向に移動する設定とする。レチクルブラインド６によって、スリット領域１７のみに照明光としてのＡｒＦエキシマレーザ光線３が照射される。レジスト膜１５の露光中に、スリット領域１７が図２中白抜き矢印に示す向きに沿って露光領域１６全体をスキャンすることによって、レジストパターンが露光領域１６全体に転写される。本実施形態では、スリット領域１７はその寸法を約５ｍｍ×約２６ｍｍに設定されている。また、露光領域１６は、その寸法を約３３ｍｍ×約２６ｍｍに設定されている。
【００２３】
本発明者らは、スリット領域１７内における露光パターンの寸法の変動を調べるために、次の条件で露光実験を行った。露光光として、波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線３を用いる。また、照明コヒーレンシー（σ）を約０．７５に、照明形状を２／３輪帯照明に、また開口数（ＮＡ）を０．６に設定する。この条件下において、寸法が約０．１４μｍのレジストパターンをウェーハ１４上のレジスト膜１５に形成する。この際、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５の５台のスキャン型露光装置１を用いて、前述した同じ条件下においてそれぞれ露光を行った。Ｐ１〜Ｐ５の各露光装置１によってレジスト膜１５に転写された、各露光パターンの寸法を測定した結果を図３に示す。本実施形態においては、露光パターンの寸法誤差を、露光作業によってレジスト膜１５に転写された各露光パターンに基づいて形成された、各レジストパターンの寸法を測定した結果に基づいて調べるものとする。
【００２４】
図３は、Ｐ１〜Ｐ５の５台の露光装置１により転写された各露光パターンのスリット領域１７内における寸法の変動を、それぞれグラフにして示すものである。詳しく説明すると、各レジストパターンの寸法は、図２に示すように、スキャン方向と直交するスリット領域１７の長手方向に沿って略等間隔に設定された、１０点のサンプリング点Ｉ〜Ｘにおいて測定された。以下、スリット領域１７の長手方向をスリット方向と称することとする。この図３から明らかなように、同一タイプの５台の露光装置１を用いて同一条件下において露光を行った場合でも、各レジストパターンの寸法の変動は各露光装置１ごとに異なっているとともに、各レジストパターンの寸法の変動の傾向はスリット方向で異なっていることが分かる。なお、図示は省略するが、各レジストパターンのスキャン方向における寸法の変動（寸法のばらつき）に関しては、Ｐ１〜Ｐ５のどの露光装置１でも略同じ傾向を示した。
【００２５】
このような結果は、次に述べる理由によるものと考えられる。露光領域１６内におけるレジストパターンの寸法変動の原因は、露光領域１６内での照明や投影光学系の光学的な要因が主である。このため、レジストパターンは、スキャン方向については略同一の光学条件下で転写されるので、その寸法変動が小さい。これに対して、スリット方向については光学条件が場所によって異なっているので、レジストパターンに寸法変動が生じる。
【００２６】
図３から、目標寸法値を１４０ｎｍに設定されたレジストパターンの実際の寸法精度（変動）を、露光領域１６内で１４０ｎｍ±約５ｎｍ以内に収めることができる露光装置１はＰ１、Ｐ２、およびＰ５の３台のみであることが分かる。ここで、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ５の３台の露光装置１をＡ群とし、その他の露光装置１をＢ群とする。この群分けにより、微細なレジストパターンをスリット方向の全域にわたって許容誤差の範囲内で形成する必要がある場合には、Ａ群に属するいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行えばよい。これに対して、スリット方向の全域にわたって微細なレジストパターンを厳密な精度で形成する必要がない場合には、Ｂ群に属するいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行えばよい。ただし、スリット方向の全域にわたって微細なレジストパターンを厳密な精度で形成する必要がない場合においても、Ａ群のいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行っても構わないのはもちろんである。
【００２７】
また、Ｐ４の露光装置１は、１０点のサンプリング点Ｉ〜ＸのうちＩＶ〜Ｘにおいては、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差を±約５ｎｍ以下に保つことができる。ここで、新たな群分けとして、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、およびＰ５の４台の露光装置１をＣ群とする。この群分けにより、スリット領域１７のうちＩＶ〜Ｘまでのサンプリング点を含む領域に対応する部分に微細なマスクパターンが形成されているレチクル１０を用いる場合は、Ｃ群に属するいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行えばよい。これにより、スリット領域１７のうちＩＶ〜Ｘまでのサンプリング点を含む領域において、微細なレジストパターンを、その寸法誤差を±約５ｎｍ以下に抑えて形成することができる。
【００２８】
通常、露光領域１６内で許されるパターン寸法の変動幅（誤差）は、最小パターン寸法の１０分の１程度と言われている。具体的には、例えばパターン寸法が１１０〜１３０ｎｍ程度のレジストパターンを形成する場合には、±１０ｎｍ程度の変動幅しか許されない。本実施形態においては、露光領域１６全体において、目標寸法値が１４０ｎｍに設定された微細なレジストパターンを、その寸法誤差を±約５ｎｍ以下に抑えて形成することができる。すなわち、露光領域１６全体において、レジストパターンの寸法誤差を許容範囲である目標寸法値の１０分の１よりも大幅に抑制して、微細なレジストパターンを形成することができる。
【００２９】
このように、本実施形態においては、複数台の露光装置１について、これら各露光装置１を用いて転写される各露光パターンの各露光装置１間における寸法差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、露光領域１６全体のうちの所定の露光領域（部分露光領域）ごとに１台ないしは複数台選び出す。具体的には、各露光パターンの各露光装置１間における寸法差が±約５ｎｍ以内に収まる露光装置１を、所定の部分露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。それとともに、各露光装置１を用いて転写される各露光パターンの寸法の目標寸法からの誤差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、露光領域１６全体のうちの所定の部分露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。具体的には、各露光パターンの寸法の１４０ｎｍからの誤差が±約５ｎｍ以内に収まる露光装置１を、所定の部分露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。そして、選び出された露光装置１を、選び出された露光領域ごとにそれぞれ一群として群分けして、これらの群ごとに複数台の露光装置１を管理する。しかる後、露光パターンをレジスト膜１５に転写する際に、露光パターンを転写する所定の部分露光領域ごとに、それら各領域に対応する露光装置群を複数台の露光装置１の中から選び、選ばれた露光装置群に属する１台ないしは複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う。
【００３０】
複数台の露光装置１は、前述した分類法により予め群分けされて管理されているので、露光パターンの転写領域が移るごとに、それら各転写領域に対応する露光装置群の中から適正な露光装置１を容易かつ迅速に選んで、適正な状態で容易かつ迅速に露光作業を行うことができる。これにより、所定の部分露光領域において露光パターンの寸法差および寸法誤差を許容範囲内に収めて、微細な露光パターンを高い精度で容易に、かつ効率よくレジスト膜１５に転写できる。ひいては、露光領域１６全体において露光パターンの寸法誤差を許容範囲内に収めて、微細な露光パターンを高い精度で容易に、かつ効率よくレジスト膜１５に転写できる。
【００３１】
また、各露光パターンは、同一内容のマスクデータ（レチクルデータ）に基づいて作製されたマスク（レチクル）１０を用いて転写されることが好ましい。特に、同一群内の各露光装置１を用いて図示しない半導体装置の同一マスク層に転写される各露光パターンは、同一内容のレチクルデータに基づいて作製されたレチクル１０を用いて転写されることが好ましい。以下、具体的に説明する。
【００３２】
例えば、図１および図２において、レジスト膜１５を半導体装置内の所定のマスク層とする。このマスク層に転写される露光パターンの寸法差および寸法誤差がスリット方向に分布を有している場合には、複数台の露光装置１に用いられる複数枚のレチクル１０に形成されている各マスクパターン１１に対して、各露光パターンの寸法差および寸法誤差の分布が所定の許容範囲内に収まるように調整（補正）を施せばよい。具体的には、各露光パターンの各レチクル１０間における寸法差の分布が所定の許容範囲内に収まるように、各マスクパターン１１に対して各露光パターンの寸法変動を補正する方向にバイアスをつける。それとともに、各露光パターンの寸法の目標寸法からの誤差の分布が所定の許容範囲内に収まるように、各マスクパターン１１に対して各露光パターンの寸法変動を補正する方向にバイアスをつける。これにより、転写される各露光パターンの寸法精度、ひいてはそれら各露光パターンに基づいて形成される各レジストパターンの寸法精度を、それぞれ所望の精度に保持することができる。
【００３３】
例えば、Ｐ１〜Ｐ５の５台の露光装置１のうち、Ｐ３の露光装置１のみをＤ群の露光装置１として新たに群分けして管理する。そして、このＤ群に属する露光装置１、すなわちＰ３の露光装置１に用いられる複数枚のレチクル１０に形成されているマスクパターン１１対して、次に述べる補正を施す。ただし、本実施形態では説明を分かり易くするために、以下、１枚のレチクル１０について説明する。マスクパターン１１について、スリット領域１７のうちＩ，ＩＩ，ＩＸ，Ｘのサンプリング点を含む各領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、＋約１２ｎｍのバイアスをつける。また、スリット領域１７のうちＩＩＩ，ＩＶ，ＶＩＩ，ＶＩＩＩのサンプリング点を含む各領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、＋約６ｎｍのバイアスをつける。このように、露光パターンの寸法誤差が露光領域１６のスリット方向全体において所定の許容範囲内に収まるように、１枚のレチクル１０に形成されているマスクパターン１１に対して、所定の露光領域に対応する部分ごとに、それら各部分に応じたバイアスをつける。そして、前記設定値でマスクパターン１１に補正が施されたレチクル（マスク）１０を、ＭＡＳＫ−Ｄとする。
【００３４】
同様に、Ｐ１〜Ｐ５の５台の露光装置１のうち、Ｐ４の露光装置１のみをＥ群の露光装置１として新たに群分けして管理する。そして、Ｅ群の露光装置１、すなわちＰ４の露光装置１に用いられる１枚のレチクル１０に形成されているマスクパターン１１対して、次に述べる補正を施す。マスクパターン１１について、スリット領域１７のうちＩのサンプリング点を含む領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、−約９ｎｍのバイアスをつける。また、スリット領域１７のうちＩＩ，ＩＩＩのサンプリング点を含む各領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、−約６ｎｍのバイアスをつける。このようにマスクパターン１１に補正が施されたレチクル１０を、ＭＡＳＫ−Ｅとする。また、Ａ群としたＰ１、Ｐ２、およびＰ５の３台の露光装置１は、露光領域１６内のすべてのサンプリング点において、各露光パターンの各装置間における寸法差が約１０ｎｍ以下である。このため、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ５の３台の露光装置１を同一群として群分けして管理している。
【００３５】
また、Ａ群の露光装置１とともに用いる各レチクル１０の各マスクパターン１１はすべて同一のパターンでよい。この場合、各マスクパターン１１に対する補正量は、スリット領域１７のどのサンプリング点においても０とする。すなわち、マスクパターン１１に特にバイアスをつけなかったレチクル１０を、ＭＡＳＫ−Ａとする。
【００３６】
このように、露光パターンの寸法差および寸法誤差がスリット方向に分布を有している場合、前述した分類法により予め群分けされている各露光装置１を、露光パターンの寸法差および寸法誤差の分布の傾向に応じてさらに群分けして管理する。併せて、各露光装置１とともに予め群分けされている各レチクル１０を、これらに形成されている各マスクパターン１１につけられたバイアスの傾向に応じてさらに群分けして管理する。このような複数の露光装置群と、これら各露光装置群に対応して作り分けられて群分けされた複数のマスク（レチクル）群との適正な組み合わせを図４に示す。この図４に示すように、露光作業を行う際には、Ａ群の露光装置１に対してはＭＡＳＫ−Ａに属するレチクル１０を、Ｄ群の露光装置１に対してはＭＡＳＫ−Ｄに属するレチクル１０を、またＥ群の露光装置１に対してはＭＡＳＫ−Ｅに属するレチクル１０をそれぞれ用いる。すなわち、同一群内の各露光装置１を用いて転写される各露光パターンは、同一内容のレチクルデータに基づいて作製されたレチクル１０を用いて転写される。このように、各露光装置群および各マスク群の中から、適正な組み合わせとなる露光装置１およびレチクル１０をそれぞれ選んで露光作業を行う。これにより、スリット方向およびスキャン方向の両方向において、露光パターンの寸法差および寸法誤差を許容範囲内に収めることができる。
【００３７】
すなわち、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置１および各レチクル１０を予め前述した群分けに基づいて管理することにより、微細な露光パターンを、その寸法精度を露光領域１６全体において高い精度に保ちつつ、容易に、かつ、迅速に転写することができる。これは、量産ラインにおける露光方法として重要であるとともに、効率的な管理方法である。
【００３８】
以上説明した、露光パターンの寸法の測定からマスク露光までの一連のシーケンス、すなわち本実施形態に係る露光方法のシーケンスの主要部を、フローチャートにして図５に示す。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置の管理方法によれば、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置１が有する転写誤差の精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で容易に、かつ効率よく行うことができる。また、実際に形成されるレジストパターンの、各露光装置１間における寸法差も小さくすることができる。
【００４０】
同様に、本実施形態に係るマスクの管理方法によれば、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置１に用いられる各レチクル１０に形成されるマスクパターン１１の寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で容易に、かつ効率よく行うことができる。したがって、このマスクの管理方法と前述した露光装置の管理方法とを併用することにより、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差を極めて小さくできる。また、実際に形成されるレジストパターンの、各露光装置１間における寸法差も極めて小さくすることができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る露光方法においては、複数台の露光装置１を、これら各装置１が有する照明σ、開口数（ＮＡ）、照度、非点収差、あるいは球面収差などの様々な露光パターンの寸法誤差要因（転写誤差要因）によって生じる、各露光パターンの寸法誤差の分布が同一傾向になるように群分けして管理する。具体的には、複数台の露光装置１を、これら各装置１を用いてレジスト膜１５に形成された各レジストパターンの寸法の変動（ばらつき）の分布が所定の露光領域ごとに同一傾向になるように、各レジストパターンの寸法変動の傾向に基づいて群分けして管理する。
【００４２】
併せて、そのような分類法に基づいて群管理されている各露光装置１に対して、各露光装置群ごとに同一設計データに基づいて１枚ないしは複数枚のマスク１０を作るとともに、これら各マスク１０を群管理する。つまり、各マスク１０は、各露光パターンの所定の露光領域内における系統的な誤差が許容範囲内に収まるように、それぞれのマスクパターン１１の誤差要因となる部分に対して、それぞれの誤差を補正するバイアスをつけられる。そして、所定の露光領域に対応する露光装置群から選出された露光装置１と、この露光装置１が選出された群に対応するマスク群から選出されたマスク１０とをペアで用いて露光作業を行う。これにより、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの系統的誤差に基づく寸法変動（寸法誤差）を、露光領域１６全体において一定の規格値内に収めることができる。また、露光パターンの寸法誤差が許容範囲内に収まる露光装置１およびマスク１０を容易かつ迅速に選んで、微細なマスクパターン１１を高い精度で容易に、かつ、効率よく転写することができる。
【００４３】
次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について簡潔に説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、前述した本実施形態に係る露光方法により転写された露光パターンに基づいてエッチング処理を行う工程などを含むものである。前述した本実施形態に係る露光方法によれば、露光パターンを高い精度で容易に、かつ、効率よくレジスト膜１５に転写できる。したがって、本実施形態の露光方法により転写された露光パターンに基づいてエッチング処理などを行うことにより、半導体装置の内部に組み込まれる図示しない各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成することができる。これにより、半導体装置の品質および歩留まりを向上させることができる。このように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、高品質な半導体装置を効率よく製造できる。
【００４４】
なお、本発明に係る露光装置の管理方法、マスクの管理方法、露光方法、および半導体装置の製造方法は、前述した一実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。
【００４５】
例えば、各露光装置群のうち、Ｄ群およびＥ群に属する露光装置１はそれぞれ１台ずつであったが、それぞれ複数台でもあっても構わないのはもちろんである。また、各マスク群に属するマスク（レチクル）１０としては、無補正のＭＡＳＫ−Ａのマスク１０に形成されているマスクパターン１１に、各マスク群ごとに異なる所定のバイアスをつけたものをそれぞれ１枚ずつ使用した。ただし、同一群内に露光装置１が多数存在する場合には、各露光装置群、各マスク群ごとに同一仕様のマスク１０を複数枚用意することは、本発明を実施するのに際して何ら支障はない。
【００４６】
また、ＭＡＳＫ−Ａに属するマスク１０およびＭＡＳＫ−Ｂに属するマスク１０は、それぞれのマスクパターン（デバイスパターン）１１につけられたマスクバイアスが互いに異なるだけではなく、アライメントマークなどが異なる場合もあり得る。これは、解像力的には同程度の性能を発揮し得る光学系を有する露光装置１であっても、アライメント等に用いるマーク類まで同一とは限らないためである。また、マスクバイアスのつけ方に関しては、例えばマスクパターン１１として左右の２本の平行線パターンが必要な場合に、左側のパターンと右側のパターンとでバイアス値が異なるような付け方をしてもよい。これは、露光パターンの線幅変動がコマなどによる収差が原因の場合、接近したパターン間では収差の影響の受け方が異なる場合があるためである。このような場合、１枚のマスク１０が、これに形成されているマスクパターン１１の各部分につけられるバイアス量などに応じて、複数のマスク群に属することもあり得る。ただし、このような場合でも、本発明の実施において何ら支障はない。
【００４７】
また、前述した実施形態では、露光パターンの寸法は、露光パターンをレジスト膜１５に転写した後に、この露光パターンに基づいて形成されたレジストパターンの寸法を測定することにより調べた。ただし、露光パターンの寸法として、レジストパターンに所定の加工を施した後の寸法を用いても構わない。例えば、レジストパターンに対する後工程として、さらにエッチングなどの加工工程がある場合には、加工された後のレジストパターンの寸法を測定しても本発明の要旨を何ら逸脱しない。これにより、露光パターンやレジストパターンの寸法精度のみならず、それらに基づいて形成される半導体装置内の各種の微細な半導体素子などをより高い精度で形成することができる。ひいては、半導体装置の品質をより向上させることができる。これは、各露光パターン間における寸法差や形状差などの各種転写誤差や、あるいは各装置間における転写特性の差を調べる場合においても同様である。
【００４８】
さらに、いわゆる重ね合わせ露光を行う場合においても、本発明を適用することができる。複数台の露光装置１を、それらが有している露光パターンの転写位置の誤差要因の傾向に応じて、所定の領域ごとに群分けして管理する。具体的には、前述した露光装置１の群分けと同様に、複数台の露光装置１間における露光パターンの転写位置の差として、レジスト膜１５に投影（転写）された各露光パターンの寸法差や形状差などの、いわゆる転写誤差を測定する。この際、各露光パターンの各種の転写誤差は、レジスト膜１５に転写された各露光パターンに基づいて形成されたレジストパターンの寸法を測定して調べてもよいし、このレジストパターンに加工を施した後のレジストパターンの寸法を測定して調べてもよい。
【００４９】
そして、各露光パターン間の転写誤差を調べた結果に基づいて、各露光パターンの各露光装置１間における転写誤差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、所定の露光領域ごとに１台ないしは複数台選択し、群分けして管理する。このように群管理された複数台の露光装置１を所定の露光領域ごとに使い分けて、重ね合わせ露光を行う。これにより、重ね合わせ露光を行う際の露光パターンの各露光装置１間における転写誤差を良好に抑制して、各マスク１０に形成されている各マスクパターン１１を高い精度で重ね合わせ露光することができる。
【００５０】
なお、露光パターンの転写位置の誤差要因とは、具体的には、露光装置１の照明σ、ＮＡ、照度、ディストーション、コマ収差、非点収差などを指す。これらは露光装置の転写特性でもある。したがって、複数台の露光装置１を用いて重ね合わせ露光を行う場合に、各露光装置１を、レジスト膜１５に転写された各露光パターンの転写誤差に基づいて群分けして管理する代わりに、各露光装置１間における転写特性の差に基づいて群分けして管理しても構わない。重ね合わせ露光を行う場合、各露光装置１間における転写特性の差として、特に各露光装置１間におけるディストーション差が重要である。したがって、複数台の露光装置１を用いて重ね合わせ露光を行う場合、各露光装置１を、それらの寸法差や形状差とともに、ディストーション差に基づいて群分けして管理することは大変有効である。
【００５１】
また、重ね合わせ露光を行う際に、各露光装置１に用いるマスク１０として、各マスク１０が有するマスクパターン１１の位置が、各露光装置１の転写誤差を補正する方向に予めずらされて形成された複数枚のマスク１０を用いてもよい。そして、露光装置１の場合と同様に、所定の露光領域ごとに、各マスク１０間における各露光パターンの転写誤差が所定の許容範囲内に収まるマスク１０を１枚ないしは複数枚選択し、これらの選択されたマスク１０を一群として群分けして管理する。あるいは、各マスク１０が有するマスクパターン１１の位置が、各露光装置１間における転写特性の差、特にディストーション差を補正（抑制、調整）する方向に予めずらされて形成された複数枚のマスク１０を用いてもよい。この場合、各マスクパターン１１に施された補正に応じて、各マスク１０を群分けして管理する。各マスクパターン１１に施される補正が、各マスクパターン１１の各部分ごとに異なっている場合には、それら各部分ごとに各マスク１０を群分けして管理しても構わない。
【００５２】
前述したように、各露光装置１および各マスク１０は、それらを用いて転写される各露光パターンの寸法誤差が所定の許容範囲内に収まるように群管理されている。したがって、各露光パターンの寸法誤差に基づく群管理と、各露光パターンを重ね合わせた際のパターン間における転写誤差、または各露光装置１間における転写特性の差に基づく群管理とを併用することにより、複数台の露光装置１および複数枚のマスク１０を用いて、重ね合わせ露光を高い精度で容易に、かつ、効率よく行うことができる。なお、各露光パターンの寸法誤差に基づく群管理、各露光パターンを重ね合わせた際のパターン間における転写誤差に基づく群管理、および各露光装置１間における転写特性の差に基づく群管理を全て同時に実施しても、本発明に何ら差し支えないのはもちろんである。また、これらの群管理は、重ね合わせ露光を行わない場合に実施しても構わないのはもちろんである。
【００５３】
さらに、重ね合わせ露光を行うにあたり、適正な精度で露光パターンを投影露光できる、基準となる露光装置１を所定の露光領域ごとに少なくとも１台選ぶ。それとともに、この基準となる露光装置１により投影露光される、基準となる露光パターンに対する転写誤差が所定の許容範囲内に収まる露光パターンを投影露光できる露光装置１を、所定の露光領域ごとに１台ないしは複数台選ぶ。そして、所定の露光領域ごとに選ばれた各露光装置１をそれぞれ一群として群分けして管理しても構わない。基準となる露光装置１により投影露光される、基準となる露光パターンが予め設定された理想的な寸法および形状を有していれば、このような群管理に基づく露光方法により、極めて高精度な重ね合わせ露光を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る露光装置の管理方法によれば、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う際に、露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。したがって、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができる。
【００５５】
また、本発明に係るマスクの管理方法によれば、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、露光パターンの各マスク間における寸法差が許容範囲内に収まるマスクを、所定の露光領域ごとに予め群分けされているマスク群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。したがって、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各マスクに形成される各マスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができる。
【００５６】
また、本発明に係る露光方法によれば、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、各マスクパターンを適正な状態で転写することができる。したがって、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度や、各マスクに形成される各マスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、各マスクパターンを高い精度で効率よく転写することができる。
【００５７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成して、半導体装置の品質および歩留まりを向上させることができる。したがって、高品質な半導体装置を効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に使用する露光装置の概略構成を示す図。
【図２】図１の露光装置により露光されるレジスト膜の露光領域とレチクルのスリット領域との相対関係を簡略化して示す平面図。
【図３】複数台の露光装置により露光されたレジストパターンのスリット領域内における寸法の変動をグラフにして示す図。
【図４】露光装置群とマスク群との適正な組み合わせを示す図。
【図５】一実施形態に係る露光方法のシーケンスの主要部をフローチャートにして示す図。
【符号の説明】
１…露光装置
１０…レチクル（マスク）
１１…マスクパターン
１４…半導体基板
１５…レジスト膜
１６…露光領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、一連の半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程に係り、特にマスクパターンを転写する露光工程に用いられる露光装置の管理方法、マスクの管理方法、露光方法、および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、リソグラフィ工程においては、複数台の露光装置を用いて露光作業が行われる。露光装置には、理想的には複数台の装置間においても同一の露光特性を持たせるべきであるが、現実には装置間差が生じる。このため、同一仕様の露光装置を用いて露光作業を行った場合であっても、パターンの出来上がりに違いが生じる。
【０００３】
その代表的な例が、投影露光時に発生するディストーションである。ディストーションが発生すると、露光領域内の基準格子座標と実露光座標との間にずれが生じる。そのずれの量は、一般に２０〜３０ｎｍ程度であるが、ディストーションの量やその方向は露光装置間で個々に異なる。このため、例えば重ね合わせ露光を行う場合、露光領域中心において合わせずれ量を０にできたとしても、露光領域内全体では重ね合わせ誤差が生じてしまう場合が殆どである。
【０００４】
このような複数台の露光装置を用いて露光作業を行う場合に発生するディストーション問題を解決するために、例えば次に述べる方法が試みられている。複数台の露光装置のそれぞれのディストーション量を各装置間で比較して、それらのディストーション差が所定の許容範囲内に収まる露光装置を一群とする露光装置群を構成するように、各露光装置を予め群分けする。そして、パターニング工程においては、所望の許容値を満足する露光装置郡内の露光装置を使用して露光作業を行う。このような露光方法の代表例として、特許第３１０４６３６号公報にその詳細が述べられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数台の露光装置を用いる場合、各装置間のディストーション差による合わせずれに関する問題は、露光装置の性能向上や制御方法の向上などで次第に改善されつつある。ところが、複数台の露光装置間においてレジストパターンの寸法誤差が生じる原因は、各装置間のディストーション差による合わせずれだけではなく、他にも各種存在することが近年明らかになってきた。
【０００６】
例えば、レジストパターンの微細化に伴い、露光装置の光学系の解像理論限界値と実際に形成されるパターン寸法値との間に差が殆どなくなり、光学系の僅かな誤差がパターンの寸法精度に大きな影響を及ぼすようになってきた。また、微細な寸法からなるレジストパターンを形成するために、要求されるパターン自体の精度も高い精度が必要になってきた。具体的には、例えば線幅が１１０〜１３０ｎｍ程度のレジストパターンを形成する場合、露光領域内における誤差が１０ｎｍ程度以下となる寸法精度が必要であるが、この精度を満たすのは大変難しい。これは、レチクル（マスク）に形成されているマスクパターンの線幅に製造上の誤差が含まれていることが主な原因である。ただし、たとえ誤差を含んでいない理想的なマスクパターンが形成されたマスクをそのまま露光装置に装填して露光しても、露光装置自体が有する転写誤差のために、前述した寸法精度を確保することは殆ど不可能である。
【０００７】
つまり、レジストパターンの寸法の変動は、露光装置が理想的な状態からの誤差を含んでいることから生じる。露光領域内において、照明σ、ＮＡ、照度、非点収差、あるいは球面収差などの寸法誤差要因が変化すると、形成されるレジストパターンの寸法も変化する。これら各寸法誤差要因は、レジストパターンの寸法変動に対して互いに独立に影響することもあれば、相互作用を及ぼしつつ影響することもある。また、半導体製造装置の露光装置は、その光学系の解像限界までパターン転写が可能なように予め設計および調整が為されているので、前記各寸法誤差要因の変化量はごく僅かである。したがって、寸法誤差要因自体をさらに小さくしたり、あるいはウェーハ（レジスト膜）の表面内でのレジストパターンの寸法変動を一定に保持したりするのは大変困難である。
【０００８】
また、レジストパターンの寸法誤差が許容範囲を越えると、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを適正な状態で形成することが困難になる。ひいては、半導体装置全体の品質や歩留まりが低下するおそれがある。
【０００９】
本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができる露光装置の管理方法を提供することにある。また、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各マスクに形成される各マスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができるマスクの管理方法を提供することにある。また、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度や、各マスクに形成されるマスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、各マスクパターンを高い精度で効率よく転写することができる露光方法を提供することにある。さらに、この露光方法により転写されるマスクパターンに基づいて、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成して、高品質な半導体装置を効率よく製造できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る露光装置の管理方法は、複数台の露光装置について、これら各露光装置を用いて転写されるそれぞれの露光パターンの前記各露光装置間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置を群分けして管理することを特徴とするものである。
【００１１】
この露光装置の管理方法においては、複数台の露光装置を用いて転写されるそれぞれの露光パターンの各露光装置間における寸法差が、露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに複数台の露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、群分けして管理する。これにより、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされて管理されている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。
【００１２】
また、前記課題を解決するために、本発明に係るマスクの管理方法は、少なくとも１台の露光装置とともに用いられる複数枚のマスクについて、これら各マスクに形成されている各マスクパターンに基づいて転写されるそれぞれの露光パターンの前記各マスク間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まるマスクを、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクの中から１枚ないしは複数枚選択し、これらの選択されたマスクを一群として前記各マスクを群分けして管理することを特徴とするものである。
【００１３】
このマスクの管理方法においては、転写される露光パターンの各マスク間における寸法差が露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まるマスクを、所定の露光領域ごとに複数枚のマスクの中から１枚ないしは複数枚選択し、群分けして管理する。これにより、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各マスク間における寸法差が許容範囲内に収まるマスクを、所定の露光領域ごとに予め群分けされて管理されているマスク群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。
【００１４】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る露光方法は、複数台の露光装置を用いて、複数枚のマスクに形成されている複数のマスクパターンを基板に転写する露光方法において、前記各露光装置について、前記各マスクパターンに基づいて前記基板に転写されるそれぞれの露光パターンの前記各露光装置間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される前記基板上の露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択して群分けするとともに、前記所定の露光領域に対応する前記各露光装置の群に属する１台ないしは複数台の露光装置を用いて、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクパターンを前記基板に転写することを特徴とするものである。
【００１５】
この露光方法においては、複数台の露光装置を用いて複数枚のマスクに形成されている複数のマスクパターンを基板に転写する。この際、各マスクパターンに基づいて基板に転写されるそれぞれの露光パターンの各露光装置間における寸法差が、露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに複数台の露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択して群分けする。そして、所定の露光領域に対応する露光装置群に属する１台ないしは複数台の露光装置を用いて、所定の露光領域ごとに各マスクパターンを基板に転写する。これにより、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、各マスクパターンを適正な精度で転写することができる。
【００１６】
さらに、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光方法により転写されるマスクパターンに基づいてエッチング処理を行うエッチング工程を含むことを特徴とするものである。
【００１７】
この半導体装置の製造方法においては、本発明に係る露光方法により転写されるマスクパターンに基づいてエッチング処理を行う。これにより、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成して、半導体装置の品質および歩留まりを向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に使用する露光装置１の概略構成を示す。本実施形態では、露光光として波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線３を用いる。したがって、露光光源には、ＡｒＦエキシマレーザ光線発生装置２を用いる。ＡｒＦエキシマレーザ光線３は、フライアイレンズ４を透過して２次光源を形成する。フライアイレンズ４を透過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、２次光源面に配置されている照明アパーチャ５に入射する。照明アパーチャ５は、照明形状および照明コヒーレンシーσを決定する。照明アパーチャ５を通過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、レチクルブラインド６に入射する。レチクルブラインド６は後述するレチクル１０と光学的に共役な位置に配置されており、レチクル１０の照明領域を決定する。レチクルブラインド６を通過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、反射ミラー７によって反射されて、コンデンサーレンズ８に入射するようにその進行方向を変えられる。コンデンサーレンズ８は、レチクル１０の照明がケーラー照明になるように調整されている。
【００２０】
コンデンサーレンズ８に入射したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、コンデンサーレンズ８によってレチクルステージ９上に載置されているレチクル１０に向けて照射される。レチクル１０には、所定の形状からなるマスクパターン１１が形成されている。このレチクル１０は、マスクとも称する。コンデンサーレンズ８を透過したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、レチクル１０のマスクパターン１１が形成されている領域に向けて照射される。レチクル１０のマスクパターン１１が形成されている領域内のスリット領域に入射したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、その領域を通過した後、投影レンズ１２に入射する。投影レンズ１２に入射したＡｒＦエキシマレーザ光線３は、投影レンズ１２によってウェーハステージ１３上に載置されているウェーハ１４に向けて照射される。半導体基板（ウェーハ）１４の表面（上面）には、レジスト膜１５（フォトレジスト膜）が設けられている。レジスト膜１５にＡｒＦエキシマレーザ光線３が到達することによりレジスト膜１５が露光されて、マスクパターン１１に基づく図示しない露光パターンがレジスト膜１５に縮小転写される。露光パターンが転写されたレジスト膜１５を現像することにより、レジスト膜１５に露光パターンに基づく所定の形状からなる図示しないレジストパターンが形成される。
【００２１】
本実施形態では、露光装置として、いわゆるスキャンタイプの露光装置１を用いている。このため、レチクルステージ９およびウェーハステージ１３は、レチクル１０とウェーハ１４とが互いに同期しつつ移動できるようにスキャンを行う。このスキャン動作は、レジスト膜１５の露光中に行われる。
【００２２】
図２に、露光装置１を用いて露光されるレジスト膜１５上の露光領域１６と、レチクル１０のウェーハ１４に投影されたスリット領域１７との相対的な関係を簡略化して示す。図２中白抜き矢印は、レチクルステージ９およびウェーハステージ１３の移動によるスリット領域１７のスキャンの向きを示すものである。本実施形態においては、レチクルステージ９とウェーハステージ１３とは、互いに反対方向に移動する設定とする。レチクルブラインド６によって、スリット領域１７のみに照明光としてのＡｒＦエキシマレーザ光線３が照射される。レジスト膜１５の露光中に、スリット領域１７が図２中白抜き矢印に示す向きに沿って露光領域１６全体をスキャンすることによって、レジストパターンが露光領域１６全体に転写される。本実施形態では、スリット領域１７はその寸法を約５ｍｍ×約２６ｍｍに設定されている。また、露光領域１６は、その寸法を約３３ｍｍ×約２６ｍｍに設定されている。
【００２３】
本発明者らは、スリット領域１７内における露光パターンの寸法の変動を調べるために、次の条件で露光実験を行った。露光光として、波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光線３を用いる。また、照明コヒーレンシー（σ）を約０．７５に、照明形状を２／３輪帯照明に、また開口数（ＮＡ）を０．６に設定する。この条件下において、寸法が約０．１４μｍのレジストパターンをウェーハ１４上のレジスト膜１５に形成する。この際、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５の５台のスキャン型露光装置１を用いて、前述した同じ条件下においてそれぞれ露光を行った。Ｐ１〜Ｐ５の各露光装置１によってレジスト膜１５に転写された、各露光パターンの寸法を測定した結果を図３に示す。本実施形態においては、露光パターンの寸法誤差を、露光作業によってレジスト膜１５に転写された各露光パターンに基づいて形成された、各レジストパターンの寸法を測定した結果に基づいて調べるものとする。
【００２４】
図３は、Ｐ１〜Ｐ５の５台の露光装置１により転写された各露光パターンのスリット領域１７内における寸法の変動を、それぞれグラフにして示すものである。詳しく説明すると、各レジストパターンの寸法は、図２に示すように、スキャン方向と直交するスリット領域１７の長手方向に沿って略等間隔に設定された、１０点のサンプリング点Ｉ〜Ｘにおいて測定された。以下、スリット領域１７の長手方向をスリット方向と称することとする。この図３から明らかなように、同一タイプの５台の露光装置１を用いて同一条件下において露光を行った場合でも、各レジストパターンの寸法の変動は各露光装置１ごとに異なっているとともに、各レジストパターンの寸法の変動の傾向はスリット方向で異なっていることが分かる。なお、図示は省略するが、各レジストパターンのスキャン方向における寸法の変動（寸法のばらつき）に関しては、Ｐ１〜Ｐ５のどの露光装置１でも略同じ傾向を示した。
【００２５】
このような結果は、次に述べる理由によるものと考えられる。露光領域１６内におけるレジストパターンの寸法変動の原因は、露光領域１６内での照明や投影光学系の光学的な要因が主である。このため、レジストパターンは、スキャン方向については略同一の光学条件下で転写されるので、その寸法変動が小さい。これに対して、スリット方向については光学条件が場所によって異なっているので、レジストパターンに寸法変動が生じる。
【００２６】
図３から、目標寸法値を１４０ｎｍに設定されたレジストパターンの実際の寸法精度（変動）を、露光領域１６内で１４０ｎｍ±約５ｎｍ以内に収めることができる露光装置１はＰ１、Ｐ２、およびＰ５の３台のみであることが分かる。ここで、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ５の３台の露光装置１をＡ群とし、その他の露光装置１をＢ群とする。この群分けにより、微細なレジストパターンをスリット方向の全域にわたって許容誤差の範囲内で形成する必要がある場合には、Ａ群に属するいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行えばよい。これに対して、スリット方向の全域にわたって微細なレジストパターンを厳密な精度で形成する必要がない場合には、Ｂ群に属するいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行えばよい。ただし、スリット方向の全域にわたって微細なレジストパターンを厳密な精度で形成する必要がない場合においても、Ａ群のいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行っても構わないのはもちろんである。
【００２７】
また、Ｐ４の露光装置１は、１０点のサンプリング点Ｉ〜ＸのうちＩＶ〜Ｘにおいては、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差を±約５ｎｍ以下に保つことができる。ここで、新たな群分けとして、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、およびＰ５の４台の露光装置１をＣ群とする。この群分けにより、スリット領域１７のうちＩＶ〜Ｘまでのサンプリング点を含む領域に対応する部分に微細なマスクパターンが形成されているレチクル１０を用いる場合は、Ｃ群に属するいずれかの露光装置１を用いて露光作業を行えばよい。これにより、スリット領域１７のうちＩＶ〜Ｘまでのサンプリング点を含む領域において、微細なレジストパターンを、その寸法誤差を±約５ｎｍ以下に抑えて形成することができる。
【００２８】
通常、露光領域１６内で許されるパターン寸法の変動幅（誤差）は、最小パターン寸法の１０分の１程度と言われている。具体的には、例えばパターン寸法が１１０〜１３０ｎｍ程度のレジストパターンを形成する場合には、±１０ｎｍ程度の変動幅しか許されない。本実施形態においては、露光領域１６全体において、目標寸法値が１４０ｎｍに設定された微細なレジストパターンを、その寸法誤差を±約５ｎｍ以下に抑えて形成することができる。すなわち、露光領域１６全体において、レジストパターンの寸法誤差を許容範囲である目標寸法値の１０分の１よりも大幅に抑制して、微細なレジストパターンを形成することができる。
【００２９】
このように、本実施形態においては、複数台の露光装置１について、これら各露光装置１を用いて転写される各露光パターンの各露光装置１間における寸法差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、露光領域１６全体のうちの所定の露光領域（部分露光領域）ごとに１台ないしは複数台選び出す。具体的には、各露光パターンの各露光装置１間における寸法差が±約５ｎｍ以内に収まる露光装置１を、所定の部分露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。それとともに、各露光装置１を用いて転写される各露光パターンの寸法の目標寸法からの誤差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、露光領域１６全体のうちの所定の部分露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。具体的には、各露光パターンの寸法の１４０ｎｍからの誤差が±約５ｎｍ以内に収まる露光装置１を、所定の部分露光領域ごとに１台ないしは複数台選び出す。そして、選び出された露光装置１を、選び出された露光領域ごとにそれぞれ一群として群分けして、これらの群ごとに複数台の露光装置１を管理する。しかる後、露光パターンをレジスト膜１５に転写する際に、露光パターンを転写する所定の部分露光領域ごとに、それら各領域に対応する露光装置群を複数台の露光装置１の中から選び、選ばれた露光装置群に属する１台ないしは複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う。
【００３０】
複数台の露光装置１は、前述した分類法により予め群分けされて管理されているので、露光パターンの転写領域が移るごとに、それら各転写領域に対応する露光装置群の中から適正な露光装置１を容易かつ迅速に選んで、適正な状態で容易かつ迅速に露光作業を行うことができる。これにより、所定の部分露光領域において露光パターンの寸法差および寸法誤差を許容範囲内に収めて、微細な露光パターンを高い精度で容易に、かつ効率よくレジスト膜１５に転写できる。ひいては、露光領域１６全体において露光パターンの寸法誤差を許容範囲内に収めて、微細な露光パターンを高い精度で容易に、かつ効率よくレジスト膜１５に転写できる。
【００３１】
また、各露光パターンは、同一内容のマスクデータ（レチクルデータ）に基づいて作製されたマスク（レチクル）１０を用いて転写されることが好ましい。特に、同一群内の各露光装置１を用いて図示しない半導体装置の同一マスク層に転写される各露光パターンは、同一内容のレチクルデータに基づいて作製されたレチクル１０を用いて転写されることが好ましい。以下、具体的に説明する。
【００３２】
例えば、図１および図２において、レジスト膜１５を半導体装置内の所定のマスク層とする。このマスク層に転写される露光パターンの寸法差および寸法誤差がスリット方向に分布を有している場合には、複数台の露光装置１に用いられる複数枚のレチクル１０に形成されている各マスクパターン１１に対して、各露光パターンの寸法差および寸法誤差の分布が所定の許容範囲内に収まるように調整（補正）を施せばよい。具体的には、各露光パターンの各レチクル１０間における寸法差の分布が所定の許容範囲内に収まるように、各マスクパターン１１に対して各露光パターンの寸法変動を補正する方向にバイアスをつける。それとともに、各露光パターンの寸法の目標寸法からの誤差の分布が所定の許容範囲内に収まるように、各マスクパターン１１に対して各露光パターンの寸法変動を補正する方向にバイアスをつける。これにより、転写される各露光パターンの寸法精度、ひいてはそれら各露光パターンに基づいて形成される各レジストパターンの寸法精度を、それぞれ所望の精度に保持することができる。
【００３３】
例えば、Ｐ１〜Ｐ５の５台の露光装置１のうち、Ｐ３の露光装置１のみをＤ群の露光装置１として新たに群分けして管理する。そして、このＤ群に属する露光装置１、すなわちＰ３の露光装置１に用いられる複数枚のレチクル１０に形成されているマスクパターン１１対して、次に述べる補正を施す。ただし、本実施形態では説明を分かり易くするために、以下、１枚のレチクル１０について説明する。マスクパターン１１について、スリット領域１７のうちＩ，ＩＩ，ＩＸ，Ｘのサンプリング点を含む各領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、＋約１２ｎｍのバイアスをつける。また、スリット領域１７のうちＩＩＩ，ＩＶ，ＶＩＩ，ＶＩＩＩのサンプリング点を含む各領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、＋約６ｎｍのバイアスをつける。このように、露光パターンの寸法誤差が露光領域１６のスリット方向全体において所定の許容範囲内に収まるように、１枚のレチクル１０に形成されているマスクパターン１１に対して、所定の露光領域に対応する部分ごとに、それら各部分に応じたバイアスをつける。そして、前記設定値でマスクパターン１１に補正が施されたレチクル（マスク）１０を、ＭＡＳＫ−Ｄとする。
【００３４】
同様に、Ｐ１〜Ｐ５の５台の露光装置１のうち、Ｐ４の露光装置１のみをＥ群の露光装置１として新たに群分けして管理する。そして、Ｅ群の露光装置１、すなわちＰ４の露光装置１に用いられる１枚のレチクル１０に形成されているマスクパターン１１対して、次に述べる補正を施す。マスクパターン１１について、スリット領域１７のうちＩのサンプリング点を含む領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、−約９ｎｍのバイアスをつける。また、スリット領域１７のうちＩＩ，ＩＩＩのサンプリング点を含む各領域に対応する部分に形成されているマスクパターン１１には、−約６ｎｍのバイアスをつける。このようにマスクパターン１１に補正が施されたレチクル１０を、ＭＡＳＫ−Ｅとする。また、Ａ群としたＰ１、Ｐ２、およびＰ５の３台の露光装置１は、露光領域１６内のすべてのサンプリング点において、各露光パターンの各装置間における寸法差が約１０ｎｍ以下である。このため、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ５の３台の露光装置１を同一群として群分けして管理している。
【００３５】
また、Ａ群の露光装置１とともに用いる各レチクル１０の各マスクパターン１１はすべて同一のパターンでよい。この場合、各マスクパターン１１に対する補正量は、スリット領域１７のどのサンプリング点においても０とする。すなわち、マスクパターン１１に特にバイアスをつけなかったレチクル１０を、ＭＡＳＫ−Ａとする。
【００３６】
このように、露光パターンの寸法差および寸法誤差がスリット方向に分布を有している場合、前述した分類法により予め群分けされている各露光装置１を、露光パターンの寸法差および寸法誤差の分布の傾向に応じてさらに群分けして管理する。併せて、各露光装置１とともに予め群分けされている各レチクル１０を、これらに形成されている各マスクパターン１１につけられたバイアスの傾向に応じてさらに群分けして管理する。このような複数の露光装置群と、これら各露光装置群に対応して作り分けられて群分けされた複数のマスク（レチクル）群との適正な組み合わせを図４に示す。この図４に示すように、露光作業を行う際には、Ａ群の露光装置１に対してはＭＡＳＫ−Ａに属するレチクル１０を、Ｄ群の露光装置１に対してはＭＡＳＫ−Ｄに属するレチクル１０を、またＥ群の露光装置１に対してはＭＡＳＫ−Ｅに属するレチクル１０をそれぞれ用いる。すなわち、同一群内の各露光装置１を用いて転写される各露光パターンは、同一内容のレチクルデータに基づいて作製されたレチクル１０を用いて転写される。このように、各露光装置群および各マスク群の中から、適正な組み合わせとなる露光装置１およびレチクル１０をそれぞれ選んで露光作業を行う。これにより、スリット方向およびスキャン方向の両方向において、露光パターンの寸法差および寸法誤差を許容範囲内に収めることができる。
【００３７】
すなわち、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置１および各レチクル１０を予め前述した群分けに基づいて管理することにより、微細な露光パターンを、その寸法精度を露光領域１６全体において高い精度に保ちつつ、容易に、かつ、迅速に転写することができる。これは、量産ラインにおける露光方法として重要であるとともに、効率的な管理方法である。
【００３８】
以上説明した、露光パターンの寸法の測定からマスク露光までの一連のシーケンス、すなわち本実施形態に係る露光方法のシーケンスの主要部を、フローチャートにして図５に示す。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置の管理方法によれば、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置１が有する転写誤差の精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で容易に、かつ効率よく行うことができる。また、実際に形成されるレジストパターンの、各露光装置１間における寸法差も小さくすることができる。
【００４０】
同様に、本実施形態に係るマスクの管理方法によれば、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置１に用いられる各レチクル１０に形成されるマスクパターン１１の寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で容易に、かつ効率よく行うことができる。したがって、このマスクの管理方法と前述した露光装置の管理方法とを併用することにより、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差を極めて小さくできる。また、実際に形成されるレジストパターンの、各露光装置１間における寸法差も極めて小さくすることができる。
【００４１】
また、本実施形態に係る露光方法においては、複数台の露光装置１を、これら各装置１が有する照明σ、開口数（ＮＡ）、照度、非点収差、あるいは球面収差などの様々な露光パターンの寸法誤差要因（転写誤差要因）によって生じる、各露光パターンの寸法誤差の分布が同一傾向になるように群分けして管理する。具体的には、複数台の露光装置１を、これら各装置１を用いてレジスト膜１５に形成された各レジストパターンの寸法の変動（ばらつき）の分布が所定の露光領域ごとに同一傾向になるように、各レジストパターンの寸法変動の傾向に基づいて群分けして管理する。
【００４２】
併せて、そのような分類法に基づいて群管理されている各露光装置１に対して、各露光装置群ごとに同一設計データに基づいて１枚ないしは複数枚のマスク１０を作るとともに、これら各マスク１０を群管理する。つまり、各マスク１０は、各露光パターンの所定の露光領域内における系統的な誤差が許容範囲内に収まるように、それぞれのマスクパターン１１の誤差要因となる部分に対して、それぞれの誤差を補正するバイアスをつけられる。そして、所定の露光領域に対応する露光装置群から選出された露光装置１と、この露光装置１が選出された群に対応するマスク群から選出されたマスク１０とをペアで用いて露光作業を行う。これにより、複数台の露光装置１を用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの系統的誤差に基づく寸法変動（寸法誤差）を、露光領域１６全体において一定の規格値内に収めることができる。また、露光パターンの寸法誤差が許容範囲内に収まる露光装置１およびマスク１０を容易かつ迅速に選んで、微細なマスクパターン１１を高い精度で容易に、かつ、効率よく転写することができる。
【００４３】
次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について簡潔に説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、前述した本実施形態に係る露光方法により転写された露光パターンに基づいてエッチング処理を行う工程などを含むものである。前述した本実施形態に係る露光方法によれば、露光パターンを高い精度で容易に、かつ、効率よくレジスト膜１５に転写できる。したがって、本実施形態の露光方法により転写された露光パターンに基づいてエッチング処理などを行うことにより、半導体装置の内部に組み込まれる図示しない各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成することができる。これにより、半導体装置の品質および歩留まりを向上させることができる。このように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、高品質な半導体装置を効率よく製造できる。
【００４４】
なお、本発明に係る露光装置の管理方法、マスクの管理方法、露光方法、および半導体装置の製造方法は、前述した一実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。
【００４５】
例えば、各露光装置群のうち、Ｄ群およびＥ群に属する露光装置１はそれぞれ１台ずつであったが、それぞれ複数台でもあっても構わないのはもちろんである。また、各マスク群に属するマスク（レチクル）１０としては、無補正のＭＡＳＫ−Ａのマスク１０に形成されているマスクパターン１１に、各マスク群ごとに異なる所定のバイアスをつけたものをそれぞれ１枚ずつ使用した。ただし、同一群内に露光装置１が多数存在する場合には、各露光装置群、各マスク群ごとに同一仕様のマスク１０を複数枚用意することは、本発明を実施するのに際して何ら支障はない。
【００４６】
また、ＭＡＳＫ−Ａに属するマスク１０およびＭＡＳＫ−Ｂに属するマスク１０は、それぞれのマスクパターン（デバイスパターン）１１につけられたマスクバイアスが互いに異なるだけではなく、アライメントマークなどが異なる場合もあり得る。これは、解像力的には同程度の性能を発揮し得る光学系を有する露光装置１であっても、アライメント等に用いるマーク類まで同一とは限らないためである。また、マスクバイアスのつけ方に関しては、例えばマスクパターン１１として左右の２本の平行線パターンが必要な場合に、左側のパターンと右側のパターンとでバイアス値が異なるような付け方をしてもよい。これは、露光パターンの線幅変動がコマなどによる収差が原因の場合、接近したパターン間では収差の影響の受け方が異なる場合があるためである。このような場合、１枚のマスク１０が、これに形成されているマスクパターン１１の各部分につけられるバイアス量などに応じて、複数のマスク群に属することもあり得る。ただし、このような場合でも、本発明の実施において何ら支障はない。
【００４７】
また、前述した実施形態では、露光パターンの寸法は、露光パターンをレジスト膜１５に転写した後に、この露光パターンに基づいて形成されたレジストパターンの寸法を測定することにより調べた。ただし、露光パターンの寸法として、レジストパターンに所定の加工を施した後の寸法を用いても構わない。例えば、レジストパターンに対する後工程として、さらにエッチングなどの加工工程がある場合には、加工された後のレジストパターンの寸法を測定しても本発明の要旨を何ら逸脱しない。これにより、露光パターンやレジストパターンの寸法精度のみならず、それらに基づいて形成される半導体装置内の各種の微細な半導体素子などをより高い精度で形成することができる。ひいては、半導体装置の品質をより向上させることができる。これは、各露光パターン間における寸法差や形状差などの各種転写誤差や、あるいは各装置間における転写特性の差を調べる場合においても同様である。
【００４８】
さらに、いわゆる重ね合わせ露光を行う場合においても、本発明を適用することができる。複数台の露光装置１を、それらが有している露光パターンの転写位置の誤差要因の傾向に応じて、所定の領域ごとに群分けして管理する。具体的には、前述した露光装置１の群分けと同様に、複数台の露光装置１間における露光パターンの転写位置の差として、レジスト膜１５に投影（転写）された各露光パターンの寸法差や形状差などの、いわゆる転写誤差を測定する。この際、各露光パターンの各種の転写誤差は、レジスト膜１５に転写された各露光パターンに基づいて形成されたレジストパターンの寸法を測定して調べてもよいし、このレジストパターンに加工を施した後のレジストパターンの寸法を測定して調べてもよい。
【００４９】
そして、各露光パターン間の転写誤差を調べた結果に基づいて、各露光パターンの各露光装置１間における転写誤差が所定の許容範囲内に収まる露光装置１を、所定の露光領域ごとに１台ないしは複数台選択し、群分けして管理する。このように群管理された複数台の露光装置１を所定の露光領域ごとに使い分けて、重ね合わせ露光を行う。これにより、重ね合わせ露光を行う際の露光パターンの各露光装置１間における転写誤差を良好に抑制して、各マスク１０に形成されている各マスクパターン１１を高い精度で重ね合わせ露光することができる。
【００５０】
なお、露光パターンの転写位置の誤差要因とは、具体的には、露光装置１の照明σ、ＮＡ、照度、ディストーション、コマ収差、非点収差などを指す。これらは露光装置の転写特性でもある。したがって、複数台の露光装置１を用いて重ね合わせ露光を行う場合に、各露光装置１を、レジスト膜１５に転写された各露光パターンの転写誤差に基づいて群分けして管理する代わりに、各露光装置１間における転写特性の差に基づいて群分けして管理しても構わない。重ね合わせ露光を行う場合、各露光装置１間における転写特性の差として、特に各露光装置１間におけるディストーション差が重要である。したがって、複数台の露光装置１を用いて重ね合わせ露光を行う場合、各露光装置１を、それらの寸法差や形状差とともに、ディストーション差に基づいて群分けして管理することは大変有効である。
【００５１】
また、重ね合わせ露光を行う際に、各露光装置１に用いるマスク１０として、各マスク１０が有するマスクパターン１１の位置が、各露光装置１の転写誤差を補正する方向に予めずらされて形成された複数枚のマスク１０を用いてもよい。そして、露光装置１の場合と同様に、所定の露光領域ごとに、各マスク１０間における各露光パターンの転写誤差が所定の許容範囲内に収まるマスク１０を１枚ないしは複数枚選択し、これらの選択されたマスク１０を一群として群分けして管理する。あるいは、各マスク１０が有するマスクパターン１１の位置が、各露光装置１間における転写特性の差、特にディストーション差を補正（抑制、調整）する方向に予めずらされて形成された複数枚のマスク１０を用いてもよい。この場合、各マスクパターン１１に施された補正に応じて、各マスク１０を群分けして管理する。各マスクパターン１１に施される補正が、各マスクパターン１１の各部分ごとに異なっている場合には、それら各部分ごとに各マスク１０を群分けして管理しても構わない。
【００５２】
前述したように、各露光装置１および各マスク１０は、それらを用いて転写される各露光パターンの寸法誤差が所定の許容範囲内に収まるように群管理されている。したがって、各露光パターンの寸法誤差に基づく群管理と、各露光パターンを重ね合わせた際のパターン間における転写誤差、または各露光装置１間における転写特性の差に基づく群管理とを併用することにより、複数台の露光装置１および複数枚のマスク１０を用いて、重ね合わせ露光を高い精度で容易に、かつ、効率よく行うことができる。なお、各露光パターンの寸法誤差に基づく群管理、各露光パターンを重ね合わせた際のパターン間における転写誤差に基づく群管理、および各露光装置１間における転写特性の差に基づく群管理を全て同時に実施しても、本発明に何ら差し支えないのはもちろんである。また、これらの群管理は、重ね合わせ露光を行わない場合に実施しても構わないのはもちろんである。
【００５３】
さらに、重ね合わせ露光を行うにあたり、適正な精度で露光パターンを投影露光できる、基準となる露光装置１を所定の露光領域ごとに少なくとも１台選ぶ。それとともに、この基準となる露光装置１により投影露光される、基準となる露光パターンに対する転写誤差が所定の許容範囲内に収まる露光パターンを投影露光できる露光装置１を、所定の露光領域ごとに１台ないしは複数台選ぶ。そして、所定の露光領域ごとに選ばれた各露光装置１をそれぞれ一群として群分けして管理しても構わない。基準となる露光装置１により投影露光される、基準となる露光パターンが予め設定された理想的な寸法および形状を有していれば、このような群管理に基づく露光方法により、極めて高精度な重ね合わせ露光を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る露光装置の管理方法によれば、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う際に、露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。したがって、複数台の露光装置を用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができる。
【００５５】
また、本発明に係るマスクの管理方法によれば、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、露光パターンの各マスク間における寸法差が許容範囲内に収まるマスクを、所定の露光領域ごとに予め群分けされているマスク群の中から容易かつ迅速に選んで、露光パターンを適正な精度で転写することができる。したがって、複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各マスクに形成される各マスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、露光作業を高い精度で効率よく行うことができる。
【００５６】
また、本発明に係る露光方法によれば、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う際に、各露光パターンの各露光装置間における寸法差が許容範囲内に収まる露光装置を、所定の露光領域ごとに予め群分けされている露光装置群の中から容易かつ迅速に選んで、各マスクパターンを適正な状態で転写することができる。したがって、複数台の露光装置および複数枚のマスクを用いて露光作業を行う場合に、各露光装置が有する転写誤差の精度や、各マスクに形成される各マスクパターンの寸法精度の改善を必要とすることなく、実際に形成されるレジストパターンの寸法誤差が許容範囲内に収まるように、各マスクパターンを高い精度で効率よく転写することができる。
【００５７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の内部に組み込まれる各種の微細な半導体素子などを高い精度で効率よく形成して、半導体装置の品質および歩留まりを向上させることができる。したがって、高品質な半導体装置を効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に使用する露光装置の概略構成を示す図。
【図２】図１の露光装置により露光されるレジスト膜の露光領域とレチクルのスリット領域との相対関係を簡略化して示す平面図。
【図３】複数台の露光装置により露光されたレジストパターンのスリット領域内における寸法の変動をグラフにして示す図。
【図４】露光装置群とマスク群との適正な組み合わせを示す図。
【図５】一実施形態に係る露光方法のシーケンスの主要部をフローチャートにして示す図。
【符号の説明】
１…露光装置
１０…レチクル（マスク）
１１…マスクパターン
１４…半導体基板
１５…レジスト膜
１６…露光領域
Claims (32)
- 複数台の露光装置について、これら各露光装置を用いて転写されるそれぞれの露光パターンの前記各露光装置間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置を群分けして管理することを特徴とする露光装置の管理方法。
- 前記各露光装置のうち、前記各露光パターンの寸法の目標寸法からの誤差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置をさらに群分けして管理することを特徴とする請求項１に記載の露光装置の管理方法。
- 前記各露光パターンの寸法として、前記各露光装置を用いて基板上のレジスト膜に転写された前記各露光パターンに基づいて形成されたそれぞれのレジストパターンに、所定の加工を施した後の寸法を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置の管理方法。
- 前記各露光装置のうち、前記各露光パターンの前記各露光装置間における転写誤差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置をさらに群分けして管理することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の露光装置の管理方法。
- 前記各露光パターンの前記各露光装置間における転写誤差を、前記各露光装置を用いて基板上のレジスト膜に転写された前記各露光パターンに基づいて形成された各レジストパターンに、所定の加工を施した後の寸法に基づいて調べることを特徴とする請求項４に記載の露光装置の管理方法。
- 前記各露光装置のうち、前記各露光装置間における転写特性の差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置をさらに群分けして管理することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の露光装置の管理方法。
- 前記各露光装置間における転写特性の差として、前記各露光装置間のディストーション差を用いることを特徴とする請求項６に記載の露光装置の管理方法。
- 前記各露光パターンのうち、同一群内の前記各露光装置を用いて半導体装置の同一マスク層に転写される露光パターンは、同一内容のマスクデータに基づいて作製されたマスクを用いて転写されることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれかに記載の露光装置の管理方法。
- 少なくとも１台の露光装置とともに用いられる複数枚のマスクについて、これら各マスクに形成されている各マスクパターンに基づいて転写されるそれぞれの露光パターンの前記各マスク間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まるマスクを、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクの中から１枚ないしは複数枚選択し、これらの選択されたマスクを一群として前記各マスクを群分けして管理することを特徴とするマスクの管理方法。
- 前記各マスクのうち、前記各露光パターンの前記各マスク間における寸法差が前記所定の露光領域内において前記所定の許容範囲外となるマスクに前記寸法差を前記所定の許容範囲内に収める調整を施すとともに、この調整が施されたマスクを前記所定の露光領域ごとに前記調整に応じてさらに群分けして管理することを特徴とする請求項９に記載のマスクの管理方法。
- 前記各マスクのうち、前記各露光パターンの寸法の目標寸法からの誤差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まるマスクを、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクの中から１枚ないしは複数枚選択し、これらの選択されたマスクを一群として前記各マスクをさらに群分けして管理することを特徴とする請求項９または１０に記載のマスクの管理方法。
- 前記各マスクのうち、前記各露光パターンの寸法の前記目標寸法からの誤差が前記所定の露光領域内において前記所定の許容範囲外となるマスクに前記誤差を前記所定の許容範囲内に収める調整を施すとともに、この調整が施されたマスクを前記所定の露光領域ごとに前記調整に応じてさらに群分けして管理することを特徴とする請求項１１に記載のマスクの管理方法。
- 前記各露光パターンの寸法として、前記各マスクを用いて半導体基板上のレジスト膜に転写された前記各露光パターンに基づいて形成されたそれぞれのレジストパターンに、所定の加工を施した後の寸法を用いることを特徴とする請求項９〜１２のうちのいずれかに記載のマスクの管理方法。
- 前記各マスクのうち、前記各露光パターンの前記各マスク間における転写誤差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まるマスクを、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクの中から１枚ないしは複数枚選択し、これらの選択されたマスクを一群として群分けして管理することにより、前記複数枚のマスクをさらに群分けして管理することを特徴とする請求項９〜１３のうちのいずれかに記載のマスクの管理方法。
- 前記各マスクのうち、前記各露光パターンの前記各マスク間における転写誤差が前記所定の露光領域内において前記所定の許容範囲外となるマスクに前記転写誤差を前記所定の許容範囲内に収める調整を施すとともに、この調整が施されたマスクを前記所定の露光領域ごとに前記調整に応じてさらに群分けして管理することを特徴とする請求項１４に記載のマスクの管理方法。
- 前記各露光パターンの前記各マスク間における転写誤差を、前記各マスクを用いて基板上のレジスト膜に転写された前記各露光パターンに基づいて形成された各レジストパターンに、所定の加工を施した後の寸法に基づいて調べることを特徴とする請求項１４または１５に記載のマスクの管理方法。
- 前記露光装置を複数台とし、これら各露光装置を請求項１〜８のうちのいずれかに記載の露光装置の管理方法に基づいて群分けして管理するとともに、これら各露光装置群に対応させて前記各マスクをさらに群分けして管理することを特徴とする請求項９〜１６のうちのいずれかに記載のマスクの管理方法。
- 前記各マスクの群分けを、前記各露光装置間における転写特性の差に基づいて群分けされて管理されている前記各露光装置群に対応させて行うことを特徴とする請求項１７に記載のマスクの管理方法。
- 前記各露光装置間における転写特性の差として、前記各露光装置間のディストーション差を用いることを特徴とする請求項１８に記載のマスクの管理方法。
- 前記各マスクに施される調整は、前記各露光装置間におけるディストーション差を補正する調整であることを特徴とする請求項１９に記載のマスクの管理方法。
- 前記各露光パターンのうち、同一群内の前記各露光装置を用いて半導体装置の同一マスク層に転写される露光パターンは、同一内容のマスクデータに基づいて作製されたマスクを用いて転写されることを特徴とする請求項１７〜２０のうちのいずれかに記載のマスクの管理方法。
- 複数台の露光装置を用いて、複数枚のマスクに形成されている複数のマスクパターンを基板に転写する露光方法において、
前記各露光装置について、前記各マスクパターンに基づいて前記基板に転写されるそれぞれの露光パターンの前記各露光装置間における寸法差が、前記各露光パターンが転写される前記基板上の露光領域全体のうちの所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択して群分けするとともに、
前記所定の露光領域に対応する前記各露光装置の群に属する１台ないしは複数台の露光装置を用いて、前記所定の露光領域ごとに前記各マスクパターンを前記基板に転写することを特徴とする露光方法。 - 前記各露光装置のうち、前記各露光パターンの寸法の目標寸法からの誤差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置をさらに群分けすることを特徴とする請求項２２に記載の露光方法。
- 前記各露光パターンの寸法として、前記基板上のレジスト膜に転写された前記各露光パターンに基づいて形成されたそれぞれのレジストパターンに、所定の加工を施した後の寸法を用いることを特徴とする請求項２２または２３に記載の露光方法。
- 前記各露光装置のうち、前記各露光パターンの前記各露光装置間における転写誤差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置をさらに群分けすることを特徴とする請求項２２〜２４のうちのいずれかに記載の露光方法。
- 前記各露光パターンの前記各露光装置間における転写誤差を、前記基板上のレジスト膜に転写された前記各露光パターンに基づいて形成された各レジストパターンに、所定の加工を施した後の寸法に基づいて調べることを特徴とする請求項２５に記載の露光方法。
- 前記各露光装置のうち、前記各露光装置間における転写特性の差が前記所定の露光領域内において所定の許容範囲内に収まる露光装置を、前記所定の露光領域ごとに前記各露光装置の中から予め１台ないしは複数台選択し、これらの選択された露光装置を一群として前記各露光装置をさらに群分けすることを特徴とする請求項２２〜２６のうちのいずれかに記載の露光方法。
- 前記各露光装置間における転写特性の差として、前記各露光装置間のディストーション差を用いることを特徴とする請求項２７に記載の露光方法。
- 前記各露光パターンのうち、同一群内の前記各露光装置を用いて半導体装置の同一マスク層に転写される露光パターンは、同一内容のマスクデータに基づいて作製されたマスクを用いて転写されることを特徴とする請求項２２〜２８のうちのいずれかに記載の露光方法。
- 前記複数台の露光装置として、請求項１〜８のうちのいずれかに記載の露光装置の管理方法に基づいて管理されている露光装置を用いることを特徴とする請求項２２〜２９のうちのいずれかに記載の露光方法。
- 前記複数枚のマスクとして、請求項９〜２１のうちのいずれかに記載のマスクの管理方法に基づいて管理されている複数枚のマスクを用いることを特徴とする請求項２２〜３０のうちのいずれかに記載の露光方法。
- 請求項２２〜３１のうちのいずれかに記載の露光方法により転写されるマスクパターンに基づいてエッチング処理を行うエッチング工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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